【文章內(nèi)容簡介】 PI 接口進行配置的。 SPI 接口是標準的 SPI 接口，其最大的數(shù)據(jù)傳輸率為 10Mbps，大多數(shù)寄存器是可讀的。SPI 指令設(shè)置：SPI 接口可能用到的指令在下面有所說明。 CSN 為低后， SPI 接口等待執(zhí)行指令，每一條指令的執(zhí)行都必須通過一次 CSN 由高到低的變化。中斷：NRF24L01 的中斷引腳（IRQ）為低電平觸發(fā)，當狀態(tài)寄存器中 TX_DS、RX_DR 或 MAX_RT 為高時觸發(fā)中斷。當 MCU 給中斷源寫‘1’時，中斷引腳被禁止?？善帘沃袛嗫梢员?IRQ 中斷屏蔽。通過設(shè)置可屏蔽中斷位為高，則中斷響應(yīng)被禁止。默認狀態(tài)下所有的中斷源是被禁止的。 GSM模塊GSM是Global System for Mobile Communications的縮寫，意為全球移動通信系統(tǒng)是世界上主要的蜂窩系統(tǒng)之一，GSM屬于第二代（2G）蜂窩移動通信技術(shù)，它是基于窄帶TDMA制式，80年代興起于歐洲，GSM通信方式的方便之處在于它提供了一個智能卡，即SIM卡，并且機卡可以分離，這樣用戶可以更換GSM通信終端而無需更換SIM卡ID。GSM通信方式還允許用戶發(fā)送和接收每條不超過160字長度的短信息，這就促成了GSM通信網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控裝置的實際應(yīng)用向結(jié)合。GSM網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，適合用于緊急情況時候保持穩(wěn)定。開發(fā)人員使用ARM或者單片機通過RS232串口與GSM模塊通信，使用標準的AT命令來控制GSM模塊實現(xiàn)各種無線通信功能，例如：發(fā)送短信，撥打電話，GPRS撥號上網(wǎng)等?；贕SM模塊產(chǎn)品的開發(fā)往往都是基于ARM平臺，使用嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)。有些GSM模塊具有“開放內(nèi)置平臺”功能，可以讓客戶將自己的程序嵌入到模塊內(nèi)的軟件平臺中。 GSM模塊的使用在本系統(tǒng)中，我們使用名為TC35的GSM模塊來跟急救站來進行短信通信，進而發(fā)送控制信息和接收反饋信息，圖為TC35的電路原理圖 TC35的電路原理圖使用 AT命令實現(xiàn)收發(fā)短信收發(fā)短信及相關(guān)操作 AT命令AT+CMGR讀短消息；AT+CMGS發(fā)送短消息；AT+CMGC發(fā)出一條短消息命令；AT+CMGF選擇短消息信息格式：0 PDU，1文本；AT+CMGW向 SIM內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息；AT+CMNI顯示新收到的短消息；單片機端輸入以上指令，通過串口與GSM模塊通信，便能實現(xiàn)手機與模塊的短信收發(fā)。 Android開發(fā) Android系統(tǒng)介紹Android是一種以Linux為基礎(chǔ)的開放源碼操作系統(tǒng)，主要使用于手機或平板電腦等便攜設(shè)備。Android操作系統(tǒng)最初由Andy Rubin開發(fā)，最初主要支持手機。2005年由Google收購注資，并與多家制造商組成開放手機聯(lián)盟開發(fā)改良，逐漸擴展到平板電腦及其他領(lǐng)域上。 2010年年底數(shù)據(jù)顯示，推出僅僅兩年的Android操作系統(tǒng)已經(jīng)超越稱霸近十年的諾基亞Symbian系統(tǒng)，躍居全球最受歡迎的智能手機平臺。Android 操作系統(tǒng)最大的特色就是開放，不存在任何專有權(quán)的限制，可以搜索到眾多開源代碼，是一個實用操作性強的平臺。Android系統(tǒng)架構(gòu)采用了分層的架構(gòu)，從圖36可以看出，Android分為5個層，分別是：Linux Kernel、Libraries、Android Runtime、Application Framework、Applications[19]。 Android系統(tǒng)架構(gòu)圖 Android系統(tǒng)設(shè)計 android智能手機APP開發(fā)使用簡單，成本較低，用作穿戴式裝備的客戶端控制是十分適合的選擇。利用android客戶端可根據(jù)智能泳帽使用者對水性的熟悉程度設(shè)置報警時間時長。 Android智能泳帽客戶端按下menu鍵，選擇泳帽設(shè)備，通過藍牙裝置與泳帽上藍牙模塊匹配連接上。連接上泳帽設(shè)置后，可進行下面操作。按下按鍵3分別設(shè)置三種時間模式，設(shè)置泳帽在水中的安全時間。按下查詢鍵，查詢當前設(shè)置安全時間按下游泳小tips，看當前溺水急救資料與游泳相關(guān)知識。泳帽設(shè)置好時間后把時間保存在內(nèi)存中實現(xiàn)掉電保存。當發(fā)生危險狀況，客戶端彈出緊急提醒對話框，并伴有強烈震動與聲音報警，力求讓使用者一定要意識到報警狀態(tài)。按下確定后，解除報警狀態(tài)，震動與聲音取消。 手機界面操作 如果一個進程集合中的每個進程都在等待只能由該進程集合中的其他進程才能引發(fā)的時間，那么該進程集合就是死鎖的。通信死鎖是指發(fā)生在通信系統(tǒng)中的一種死鎖，一種普遍的情形是A向B發(fā)送請求信息，然后阻塞直至B回復，假設(shè)請求消息丟失，A將阻塞以等待回復，而B會阻塞等待一個向其發(fā)送命令的請求，因此發(fā)生通信死鎖。我們設(shè)計的報警流程是這樣的：泳帽的NRF模塊向手環(huán)的NRF模塊發(fā)出數(shù)據(jù)包，當手環(huán)接收到數(shù)據(jù)包時，LED燈亮，蜂鳴器響，同時向泳帽端返回一個數(shù)據(jù)包，如手環(huán)沒有接收到數(shù)據(jù)包，則泳帽端發(fā)送另一個數(shù)據(jù)包到緊急報警終端，終端收到后發(fā)出警報聲并發(fā)出信息到設(shè)定好的手機。而在調(diào)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)，程序運行過程會出現(xiàn)一種很奇怪的現(xiàn)象：泳帽向手環(huán)發(fā)出求救數(shù)據(jù)包后，手環(huán)并沒有進入報警狀態(tài)，而緊急報警終端也沒有作出應(yīng)有的反應(yīng)，而且程序無法繼續(xù)運行，需重新復位。這個問題困擾了我們很久，后來經(jīng)過查閱資料，了解了死鎖的概念以及發(fā)生條件，修改了程序，成功破壞了死鎖發(fā)生的占有和等待條件，成功消除了bug. 第五章 功能特點及產(chǎn)品推廣（1）作品具有極強的針對性，適合于小孩或者游泳初學者。（2）當水位傳感器，在預設(shè)定時間內(nèi)還處于水中，達到溺水條件，泳帽自身發(fā)出報警信號方便其他人確定位置，馬上執(zhí)行救援。（3）泳帽電路通過NRF模塊向救生員手上手環(huán)NRF模塊發(fā)出求救信號，救生員手上NRF會返回一個信號反饋泳帽。（4）泳帽向手環(huán)報警同時也會通過藍牙模塊向手機android客戶端發(fā)送信號，手機android識別到是求救信號之后，手機彈出警告窗口，并伴隨震動提醒手機使用者。（5）設(shè)置緊急報警終端，當救生員手上手環(huán)接收不到求救信號時，泳帽沒有收到反饋信號時候，馬上發(fā)給固定在游泳地方附近的緊急報警終端，終端接收到信號之后馬上通過GSM模塊發(fā)出信息到報警處。徹底保證泳帽使用者的安全。本作品有極強的市場推廣性，一方面可以面向兒童和游泳初學者，面向人群人數(shù)較多而且市場廣闊，尤其是其實用性很強，所以推廣也較為方便而且快速；另一方面可以向游泳池供應(yīng)商推廣，游泳池的安全性對游泳池游泳人群的吸引程度很大，所以游泳池的所有者在開游泳產(chǎn)所時可大量購買本安全產(chǎn)品，以提高顧客數(shù)量。同時，本作品也可以把家長作為消費人群，因為產(chǎn)品也可以推廣成為獨立性較強的安全產(chǎn)品。并且有以下特性： （1）實用創(chuàng)新性：我們的創(chuàng)意本著保障夏天孩子游泳安全，做出該作品，已經(jīng)對該作品申請專利保護。 （2）安全可靠性：保護人身安全是該產(chǎn)品最重要的也是唯一的目標。經(jīng)過多次試驗，產(chǎn)品能檢測到溺水狀態(tài)成功率近乎百分之一百。而且采用多種通訊方式實現(xiàn)報警，確保求救信息可以成功發(fā)送到附近急救設(shè)備和急救人員上。事故保障率高達近乎百分之一百。 （3）客觀經(jīng)濟性：整套設(shè)備采取成本較低但是可靠的通訊模塊。25元的成本適用于廣大人民群眾。可達到以低價保障安全的目的。 （4）節(jié)能低功耗性：作為可穿戴式裝備，節(jié)能低功耗是最必須具有的特性。模塊選擇與芯片編程，我們都把節(jié)能與成本放在首位，低功耗模式使其成為名符其實穿戴式裝備。經(jīng)檢測與計算，按照事故概率計算耗電期望，可算出設(shè)備能持續(xù)工作25天。 （5）穿戴舒適：設(shè)備電路微型化生產(chǎn)，質(zhì)量低，把電路安裝在泳帽上，不會產(chǎn)生不適感，不會影響對游泳者游泳整體感覺。第六章 測試結(jié)果6．1測試裝備數(shù)字萬用表1臺穩(wěn)壓直流電源1臺智能手機1臺 報警端手機1臺 水1瓶 藍牙模塊供電電壓及工作電流，NRF模塊供電電壓及工作電流，單片機供電電壓及工作電流，高亮燈工作電流及工作電壓、鋰電池儲存電能。分別把NRF模塊，藍牙模塊單獨測試工作電壓，，電池輸出電壓4V；單片機活動模式電流為160uA，藍牙模塊工作是電流為12mA，；CPU停止工作，外圍模塊同時處于低功耗模式，單片機待機電流1uA,。用塑料袋套住整塊ＮＲＦ或是藍牙以及開發(fā)板置于水中，結(jié)果通訊正常。 測試一：電路組合起來直接設(shè)置在泳帽上，把泳帽放入水中。到達設(shè)置時間前拿起泳帽，游泳池救生員手環(huán)沒有收到報警信號，緊急報警終端沒有收到信號，手機androidAPP沒有收到報警信號。測試二，在藍牙和NRF連接范圍內(nèi)和在預設(shè)時間內(nèi)不拿起泳帽，泳帽自身發(fā)出燈光報警信號，救生員手環(huán)收到報警信號，發(fā)出聲音和燈光報警，振動器震動提醒救生員，手機android震動并彈窗顯示報警信號。測試三：在NRF和藍牙連接范圍外，在預設(shè)時間內(nèi)不拿起泳帽，救生員手環(huán)沒有報警，手機沒有報警，緊急終端報警發(fā)出警報，GSM預設(shè)報警電話號碼收到有人溺水信息。當把手環(huán)再次放在NRF連接范圍內(nèi)，手環(huán)再次收到求救信號并發(fā)出報警信息。測試四：重新開啟泳帽開關(guān)，按下手動報警按鍵，兩種報警方式正常工作。測試五：在不同的游泳池放下泳帽，短信提醒溺水者位于哪個游泳池，同時對應(yīng)的接收端的信號燈亮。測試六：用手機app設(shè)置不同時間，按查詢鍵成功查詢到所設(shè)置的時間，將泳帽放入水中，報警時間與預設(shè)時間相同。測試七：設(shè)置好時間后關(guān)閉電源，重啟電源，將泳帽放入水中，報警時間仍然與上次關(guān)閉電源時的所設(shè)時間一致，實現(xiàn)了掉電保護重要數(shù)據(jù)。 功耗檢測計算本作品采用4V的鋰電池供電，其電流輸出為600mAh，所以一次能儲存的電能約為：報警時，單片機處于活動狀態(tài)，測得其活動模式耗電為160uA，則單片機在報警時消耗的功率約為：，藍牙模塊工作是電流為12mA，故報警時各個模塊總消耗的功率約為：待機模式下，單片機處于低功耗模式，CPU停止工作，外圍模塊同時處于低功耗模式，單片機待機電流1uA,，高亮燈處于關(guān)閉狀態(tài)，無電能損耗，綜上，系統(tǒng)處于平時的待機狀態(tài)所消耗的功率約為：如按事故發(fā)生概率1%計算，大部分時間泳帽處于低功耗的待機模式，只有少部分時間會消耗大部分電能，綜上可算出每次充電電池所能提供系統(tǒng)正常工作的時間約為：≈31天(低功耗模式下)從以上計算可知，一次充電可實現(xiàn)系統(tǒng)在31天內(nèi)能正常工作，一次充電后工作的時間超長，既方便使用者使用，也實現(xiàn)了電能的節(jié)省。結(jié)束語本次比賽一開始打算做類似于谷歌眼鏡和蘋果iwatch類似產(chǎn)品，但是這類產(chǎn)品在市場方面已經(jīng)比較成熟，而且創(chuàng)新性不高，技術(shù)上比不過別人，成本也比較高，在這方面已經(jīng)沒有繼續(xù)的必要，而且會與其他隊伍作品類似，突出不了我們創(chuàng)新性。于是我們針對弱勢群體希望可以做出利用低成本產(chǎn)生針對性強實用性強的產(chǎn)品。從新聞媒體得知，每一年在游泳池沙灘或者自家游泳池發(fā)生的溺水事故在我國案例高居不下，于是我們根據(jù)社會上情況，希望做出一個可以智能化的馬上可以發(fā)出求救信號的穿戴式裝備。于是我們的可穿戴式泳帽應(yīng)運而生。在制作過程中我們不斷完善求救機制，力求可以把求救信號更快更準地發(fā)送到附近的人上，達到爭取一分一秒拯救生命的目的。我們會不斷完善本作品，并加以推廣，希望在可穿戴式電子類產(chǎn)品領(lǐng)域能夠在造福人類方面能產(chǎn)生比較好的影響。附錄一：元件清單產(chǎn)品主要部分元件清單：名稱數(shù)量價格（元）藍牙模塊110NRF24L0124鋰電池28水位監(jiān)測模塊12MSP430單片機21總計花費：25 元附錄二：程序代碼Android客戶端主要代碼：public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { (savedInstanceState)。 if(D) (TAG, +++ ON CREATE +++)。 ()。 (this)。 ()。//